浅析核聚变对未来能源发展的重要性



浅析核聚变对未来能源发展的重要性

■董寅

在科技飞速发展的时代，人类对能源的需求越来越高。然而，也伴随着地球资源的巨大消耗，人类继续寻找可替代的清洁能源。于是，核聚变应运而生。

一个简简单单的方程式，却蕴含着人们对未来能源的无限想象。

核聚变，顾名思义，即氘核与氚核聚变形成一个氦核并释放出一个中子和大量能量。相对于裂变来说，聚变反应具有更大的发展空间。首先，轻核聚变产能效率较高，相同质量的核燃料，聚变产生的能量更多，一个氘核和氚核聚变便可释放出17.6 MeV能量；其次，地球上聚变燃料的产量更丰富，每升水中含有0.03 g氘，而地球上氘的总量可达40万亿吨；再者，氢核聚变更为安全，清洁。铀核裂变会产生大量放射性物质，难以清除，而轻核聚变的放射性废物主要是泄漏的氘，以及其他物质，废物少且更容易处理。

传统的化石能源，其形成过程需要上万年的时间，且释放的二氧化碳会加剧地球的温室效应。如每千克甲烷可释放出50 200 J的热量，其温室效应是二氧化碳的25倍，而每千克热核聚变燃料聚变所放出的能量是374.4万亿焦，相当于12 800 t标准煤燃烧放出的热量，其对环境的污染也远远小于传统化石能源。可见，作为一种新型能源，核聚变能的发展空间是不容小觑的。

而核聚变是一个很难控制的反应，这需要极高的温度来加速布朗运动，从而使氢原子冲破静电力的作用，被核力(一种强相互作用力)所吸引，并放出巨大能量，但地球上没有任何一种材料能承受上亿摄氏度的温度。“为什么不让粒子在运动的状态下实现聚变呢？”根据电流的磁效应，我们可以利用强大的电流制造出强大的磁场，(qvB=mv2r-1)在速度一定的情况下，磁场越强，粒子运动半径越小，从而使高温下的等离子体被约束在一个极小的空间内，避免了粒子的飞散。但这种方法所需成本过高，对于工业生产并不适用。

还有一种方法是惯性约束，主要是把氘和氚的混合物集中在一个极小的球体内，利用激光照射小球，在高温下，小球内产生强大的反冲力，从而将氘和氚“挤压”成氦核，由于质量亏损，释放出巨大能量。这种方法所释放的能量，相当于百万千瓦级的发电站，具有可观的前景。

然而，由于氘核提取的困难以及为了实现可持续发展，人类不得不转向新的目标。阿波罗探月计划表明，月球上存储的氦-3可以百万吨计算。科学家表示，氦-3可在核聚变中释放出大量能量，而且几乎不产生放射性污染，被认为是21世纪人类社会的完美原料。于是，人们把开采月球上的氦-3认为是一项“具有神奇色彩的潜力工程”。

科学如同浩瀚的宇宙，而我们所掌握的只不过是茫茫宇宙中的一粒尘埃。核聚变对于物理学的发展，乃至对人类生存都有着十分重大的影响。面对能源危机，化石能源被新型能源所取代，绝不只是天方夜谭，核聚变必然会在其中扮演一个重要的角色，世界能源的格局也必然会因核聚变而发生重大的改变。

作者单位：河南省驻马店高级中学583班